ボゾンとフェルミオンの大きな違いは、ボゾンは整数のスピンを持つのに対し、フェルミオンは半整数のスピンを持つことです。

私たちが自然界で観測しているすべての粒子は、ボソンとフェルミオンのような2つのタイプに分類されます。粒子は、スピンの違いによって、この2つのグループに分類することができます。そのため、「スピン分類」と呼んでいます。すべての粒子は、スピンまたは「固有角運動量」を持っています。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. ボゾンとは 3. フェルミオンとは 4. 並置比較 - ボゾンとフェルミオンの表形式 5. まとめ

ボソン(bos***)は何ですか？

ボソンとは、整数のスピンを持つ粒子のことです。したがって、これらの粒子は気泡非互換性の原則の対象とはならない。これらの粒子のエネルギー分布は、ボーズ-アインシュタイン統計で記述することができます。

図01：ボゾンの対称的な波動関数

ボゾンの例としては、光子やグルーオンなどの素粒子があり、素粒子と複合粒子である中間子の両方が含まれます。この粒子の重要な特徴は、同じ量子状態を占有する粒子の数を制限しないことである。ボゾンが「フォースキャリア」と呼ばれる所以である。さらに、物質をつなぎとめる接着剤の役割も果たしている。さらに、ボゾンの集合を記述する波動関数は、同一の粒子の交換に関して対称でなければならない。

フェルミ○○○（フェルミオン）は何ですか？

フェルミ ョンは半整数のスピンを持つ粒子である。そのため、バブル非互換性の原則に拘束されます。ボソンとは異なり、2つのフェルミオンは同時に同じ量子状態を占めることはできない。複数のフェルミオンが同じ空間確率分布を持つ場合、少なくとも各フェルミオンが持つスピンは異なっている。さらに、フェルミオンとは、物質を構成する粒子である。

図02：フェルミオンの反対称的な波動関数

さらに、同一の粒子を交換するためには、フェルミオンの集合を記述する波動関数が逆対称でなければならない。

ボソンとフェルミオンの違い

ボソンとフェルミオンは2つの粒子グループです。ボゾンとフェルミオンの大きな違いは、ボゾンは整数のスピンを持つのに対し、フェルミオンは半整数のスピンを持つことです。また、ボゾンの波動関数は対称であるのに対し、フェルミオンの波動関数は反対称である。

また、ボソン粒子は気泡非整合原理で拘束されないが、フェルミオンには拘束がある。さらに、2つのボソン粒子は同時に同じ量子状態を占めることができるが、フェルミオンが同時に同じ量子状態を占めることはできない。これがボソンとフェルミオンの大きな違いなんですね。ボゾンの例としては、光子、グルーオン、ヘリウム原子などがあり、フェルミオンの例としては、電子、陽子、クォーク、中性子などがある。

下図は、ボソンとフェルミオンの違いについて、より詳しく説明したものです。

概要 - ボソン vs. フェルミオン

私たちが知っているすべての粒子は、粒子のスピンに基づいて、ボソンとフェルミオンの2つのカテゴリーに分けることができます。ボゾンとフェルミオンの大きな違いは、ボゾンは整数のスピンを持つのに対し、フェルミオンは半整数のスピンを持つことです。

引用

1.スピン分類。粒子のスピン分類はこちら。